采煤塌陷区公路选线和施工浅析

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摘要：通过在煤炭塌陷区公路设计和施工，探索煤炭采空区的处置、施工工艺和加固处理方法，选定合理的施工方式，以达到节约公路建设资金，保证公路运营安全的目的。在京福高速徐州绕城高速、淮北公路建设中，采用了不同的处治方案，主要有用桥跨或板跨法通过、全注浆加固法、固体废物充填法和绕避方法或修筑临时路段等。

关键词：塌陷区 公路 选线 施工

在煤炭塌陷区公路设计选线和施工时，经过煤炭矿区、规划区范围大，影响路线布设，通过条件差。受到地质情况的影响，提高了公路桥梁的施工造价和增大施工方案的选择的难度，如何节约资金和提高公路质量，保证在塌陷区顺利完成，煤炭塌陷区公路建设中，常常遇到这样的问题，现探讨浅析如下。

1 塌陷区前期调查和路基变形规律

采空塌陷地质灾害的预防问题根据项目地质灾害危险性评估报告及批复，道路沿线部分路段采空塌陷地质灾害危险性评级为大级，应与采矿权人协商，预留矿柱，禁止开挖，以免项目建设、运营过程中遭受不利影响.

如不可避免穿越煤矿塌陷区，需进行公路在附加静荷载和交通动荷载的影响下，公路路基路面变形破坏规律的判断。确定塌陷区或下采空区稳定性评价准确性，以进行破坏规律合理的处置办法。公路路基结构破坏规律主要有：

1.1 路基结构在横、纵向发生断裂类型基本一致，属突然性受拉破坏，在设计中应提高路基抗拉强度，可明显提高抗变形和抗破坏能力。

1.2 在横、纵向受拉破坏产生的部位有所不同，横向属于弯曲引起下部受拉，而纵向为悬臂上部受拉，在增强拉设计时应针对不同部位进行强化设计。

2 沉陷区取土和塌陷地治理

沉陷区土源较紧张，取土方案是项目工程勘察设计的重要内容，也是道路设计与社会环境紧密结合，充分节约社会资源的主要内容，能够充分发挥工程建设在占地、环保、可持续发展方向的综合效益。为保证沉陷区取土方案的可行性，在勘察设计过程中详细征求各主管部门和相关单位的意见，现场考察工程施工条件、深入开展钻探试验工作，确保沉陷区土源能为公路路基填筑所用。

采煤沉陷区一般以湿地状态存在，不能作为耕地使用，但区内土质与一般耕地区域相近，具有作为取土场的条件，沉陷区取土符合淮北市和其他煤炭城市治理采煤沉陷区的相关政策，与地方人民群众的根本利益相符。

针对土地塌陷的不同情况，平原地区采矿塌陷地治理的主要采取原地复垦法、超前复垦和二次复垦法、换填法。原地复垦法是采矿塌陷地治理的常用方法之一，对塌陷区进行规划后建设涵洞和小桥、选定合适位置挖沟排水，保证汛期没有积水，使塌陷区海拔标高基本一致。对高低不平地面进行挖补平整；同时对塌陷区内不规则地形以及小坑塘、小壕沟进行统一规整，重新规划改造。将土壤在得到彻底的混和翻晒后，覆盖原塌陷地带，便于农田耕种和恢复其地貌。其中超前复垦是指对一定范围内有一层或两层煤尚未开采，或采动影响区尚未稳定的土地进行复垦；二次复垦，就是对同一地块在不同时间受两次采动影响后，先后进行两次复垦。换填法必须有充足的土壤和填充原料，此法可降低了复垦成本，保护了生态环境。了解塌陷区治理规划，利于保障路基土方的来源，避免缺土影响公路施工。

3 塌陷区公路设计和处治方案

3.1 针对塌陷区路基结构，按照柔性原则，刚性原则或综合措施提高路堤抗变形能力，保证路基的整体稳定性、足够的强度和水稳定。在非稳沉塌陷区，公路可采用简易路面结构（如：二灰碎石+沥青路面），避免采用刚性结构等。

3.2 对于塌陷地带下伏采空区，可采用桥跨或板跨法通过。此法对塌陷下伏采空区有一定的要求。释放沉陷采空区沉降潜力，采取井下复采或爆破、高能级强夯法或水诱导沉降法等，以进一步使地基稳定。此法主要适合浅部采空区，但对富水、开采年代较久的采空区不适应。

3.3 针对塌陷区情况进行加固处理，可细分为全注浆加固法，注浆加固采空区围岩结构法和局部支撑加固法。在非稳沉塌陷区内，预防和控制地表残余沉降的发生，采取全注浆充填法、注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔灌注桩或直接采用桩基础、堆载预压法、高能级强夯法和水诱导沉降法等。京福高速徐州绕城东段通过煤炭塌陷区，地表发生变形和地面沉陷，公路建设影响较大，公路破坏力强。为保证高速公路地基稳定，地面稳定安全，其采用全注浆充填法，浆材采用普通水泥、粉煤灰、砂和粘土等就地取材原料，价格低廉、灌注工艺简单。根据原采煤区采煤方式、冒落充填特点及裂隙溶洞的发育程度不同，通过现场灌注试验确定注浆压力、浆液凝结时间和单孔注浆量。施工时合理安排和确定治理范围，安排注浆孔的布设，在注浆孔边缘减少浆液流失设置边缘帷幕孔。施工时加大对富水地区的排水和治理，参照水利水电工程注浆及地下水排水方法。在公路建成通车后，经地质物探检测、钻芯取样和三年的沉降观测，处治效果明显，公路运营安全。

3.3.1 加固处理的范围包括沿公路轴线方向上的治理长度、垂直轴线方向的治理宽度及地下治理深度和注浆段的高度、注浆范围与空洞的分布、埋藏深度、上覆岩性及路基的类型（挖方、填方）因素有关。

3.3.2 交通部门根据交通公路规划积极同矿区协调对接，了解采煤区塌陷情况，通报交通公路设施建设规划。针对煤炭资源逐步枯竭，在建筑物下压煤比例的增加，塌陷区搬迁越来遇难的现实情况，积极应用充填开采技术，煤炭矿区减少煤矸石占地，污染环境问题，并取得明显经济和社会效益。例如：山东能源新汶矿业集团探索实施原生煤矸石综采充填、普采充填和煤矸石低压风动力充填、泵送充填等工艺，实现了煤矸石不出区、不升井、不上山。以达到停用煤矸石山，减少煤矸石排放和占用土地的目的。保证了采空区的稳定性，有利于公路规划建设。

3.4 固体废物充填法，固体废物充填法是将塌陷地内的表土层取走存放，再用煤矸石、灰渣或粉煤灰等废弃物混合充填到一定高度，再把取走的地表土覆盖在上面，满足路基设计技术要求。煤炭集团公司产生的大量灰渣、煤矸石为路基提供了充足的充填原料，既降低了公路建设成本，又减少了废渣堆放，保护了生态环境。施工前要对煤矸石、灰渣进行强度试验和技术检测。

3.5 绕避方法或修筑临时路段，公路绕避选线设计应遵循里程短、走向顺直、拆迁少、与煤炭勘探区不干扰的原则，考虑路线历程、工程造价、路网结构、工程对城镇规划区的影响因素，合理选线。对于情况复杂的状况，可修筑简易或临时路段，保证公路安全通畅并制定后期公路营运养护和维修方案。

4 小结

在设计施工前，加强资料的收集及沉陷区稳定性的评价、勘察、调查的准确性，沉陷区稳定性的评价决定施工处治所采取的方法，进行施工工艺的选择。公路设计时进一步与煤炭企业沟通，同时进行必要的地质调查、物探、钻探，全面调查塌陷区情况，尽量避让或采取有针对性的处置措施，以避免在施工和运营期间有较大的病害发生，从而增加工程造价，影响行车安全。

参考文献：

[1]山西交通规划勘察设计院（主编）.采空区公路设计与施工技术细则[M].人民交通出版社.（JTG/T D31—03—2011）.

[2]周伯明，卞海洋.徐州绕城高速公路东段下伏煤矿采空区处治设计[J].现代交通科技（2005）01期.

[3]张卫东.采空区下公路路基变形特征相似模拟实验[J].山西煤炭.（2011）05期.